TPU素材と金型：現代製造の理想的な組み合わせ
多彩なTPU
TPU（Thermoplastic Polyurethaneの略）は、ゴムとプラスチックの中間に位置し、環境に優しい高分子エラストマーとしてよく知られています。その多様な物理特性には、高い引張強度、優れた耐摩耗性、衝撃に対する耐性、広い温度範囲（-35℃から120℃）、油に対する耐性、優れた機械特性、加工性などが含まれ、TPUはさまざまな用途に適しています。
TPUは射出成形、ブロー成形、テキスタイル加工、押出など、異なる加工方法を用いて処理でき、それにより日常生活で一般的な多くの製品で広く使用されています。例えば、雨具、防風ジャケットなどの防水素材、雪用ブーツ、登山靴、さまざまな靴の素材などです。医療機器においても、傷の包帯、カテーテル、手袋などが、その多彩な特性を活かして製造されています。
日常品以外にも、TPUはエンジニアリングのアプリケーションで使用されており、防音パネル、防水シール、防火布などが含まれます。特殊な領域では、軍用の水袋、救命胴衣なども使用されており、最近では自動車のさまざまな用途にも広く使用されており、それは車体フィルムとしても知られています。TPUは私たちの日常生活に広く存在し、異なる製品を通じてその多彩な特性を示しています。
TPUの多目的な特性は、さまざまな車両用の塗装保護フィルムに広く使用されています。
TPUと押出成形金型の組み合わせ
一般に広く知られるPP、PEなどのプラスチックと比べて、TPUは温度と圧力の変化に非常に敏感です。通常、TPUの原料は粒子状で、フィーディングから溶融混練まで、生産ライン内のどのユニットでも温度制御や圧力制御が適切でないと、TPUが黄変したり熱分解したりする可能性が高まります。そのため、TPUを製造するための設備は、他のプラスチックに使用される設備とは異なる設計の細部があります。
TPUは温度や圧力に特に敏感であり、押し出し金型の詳細な設計と加工に特別な注意が必要です。
TPU用の押出成形金型は、TPUの流速と特性に微妙な違いがあるため、設計上異なる要件を満たすようになります。TPUは広義の用語であり、実際の応用において、各原料サプライヤーが提供するTPUは異なる物性を持つことがあります。また、一部のTPU配合は、生産者の要求に応じて特別な配合を含めて変更されることがあります。そのため、同じTPU原料であっても、シミュレーションソフトウェアの分析を通じて微細な変化を検出し、フローチャネルの深さや曲線を微調整することができます。
加工プロセスから見ると、従来の標準的な鋼材加工、研磨、電鍍、ミラーポリッシュなどに加えて、TPU用の金型では成形セグメント内部の粗さに対する要求が高いです。一般的なプラスチック用の押出し金型成形セグメントはミラーポリッシュ処理を受け、標準値はRa0.03umですが、TPUの生産に使用する場合、その表面の粗さはRa0.02um以下、または等しい必要があります。より精密なミラーポリッシュ処理は、金型内部でプラスチックと金型の摩擦を減少させ、TPUの製造中に一般的な"Die line"現象を軽減するためのものです。
さらに、TPUプラスチックに対して、金型のリップ角に対する特別な要件があり、主にプラスチックが金型から出る際の粘着を防ぐためにリップ角の角度を小さくする必要があります。
TPU材料と金型の理想的な組み合わせ
先に述べた通り、TPUは温度や圧力の変化に非常に敏感であり、微細な調整が品質に影響を及ぼすことがあります。通常、TPUの製造時に発生する問題、黄変、破断、線状の問題、結晶点などは、模型の前のユニットに起因していることが多いです。ただし、これらの問題は製造プロセス中に目で見て検出し、防ぐのは難しく、通常は製品が完成した後にこれらの欠陥が見つかります。そのため、押出し金型は欠陥の発生を最小限に抑えるために設計と加工品質に尽力するしかありません。
たとえば、ある顧客はTPUフィルムの製造時に結晶点の問題が頻繁に発生しました。停止して金型を分解して清掃しても問題が解消されなかったため、最終的には金型の前のフィルターで問題が発見されました。結晶点の発生を防ぐため、金型の前に追加のフィルターを設置することをお勧めし、金型内に進入するプラスチックの微粒子をより効果的に除去し、TPUフィルムの表面を滑らかで欠陥のないものに保つことができます。この高品質の保証は、カーボディフィルムの製造業者にとって極めて重要です。なぜなら、カーボディフィルムは二次加工、フィルムの弾力性、耐久性などを備えており、TPU原材料の品質が不安定であれば、生産合格率が低下し、生産コストが増加する可能性があるからです。
金型の前に追加のフィルタースクリーンを取り付けることで、結晶点を効果的に除去し、TPU製品の品質に影響を与えないようにします。
TPU生産過程において流速の不均一性や生産効率の低下に直面した別のお客様がいました。技術者と協力して実際の生産プロセスを観察した結果、お客様の実際の生産量と初期に提供された金型の生産量データにかなりの差異があることが判明しました。実際のプラスチック押出量は流速に影響を与えるため、流速を均等に安定させるために通常は温度制御やモルダリップのネジ調整によって膜腔内の圧力を調整することがあります。しかし、TPUは温度と圧力に対する感受性が高いため、これらの調整方法の適用範囲はかなり限定されています。そのため、お客様の実際の生産量に基づいて、流路の一部を加工修正することで、生産能力の低下を大幅に改善しました。
TPU金型を使用する際に注意が必要なもう1つの点は、金型の分解と清掃です。一般的に、TPUの生産過程でオイルやガスが生成され、膜腔内に滞留する可能性があります。たとえば、毎時150キログラム程度の生産量で車体フィルムを製造する場合、通常、金型が連続して約96時間稼働した後に膜腔を清掃する必要があり、膜腔内の滞留物が品質に影響を与えないようにします。
TPUの多様な物性は、将来さらに幅広い用途領域で活用されるでしょう。同様に、市場の需要に合わせて設備も改良され、プラスチックと押出し金型の組み合わせは、料理人が材料を調理するために適切な調理器具を使用するように、各製品が最高の状態で表示されるのを可能にするでしょう。
